JPH06224508A

JPH06224508A - 固体レーザ装置

Info

Publication number: JPH06224508A
Application number: JP954693A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Shimomura; 克彦下村; Kenji Suzuki; 健司鈴木; Akira Eda; 昭江田
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Current assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Priority date: 1993-01-22
Filing date: 1993-01-22
Publication date: 1994-08-12

Abstract

(57)【要約】【目的】基本モード以外の縦モードのレーザ利得を充
分小さくすることによって、モードホップ現象を抑制し
て、極めて安定な出力を得ることができる固体レーザ装
置を提供する。【構成】固体レーザ装置は、レーザ媒質２３を励起す
るためのポンピング光２６を放射する半導体レーザ２０
と、ポンピング光２６を集束するレンズ系２１ａ，２１
ｂと、凹面ミラー２２、Ｎｄが１％程度ドープされたＮ
ｄＹＶＯ₄ からなるレンズ媒質２３およびＫＴｉＯＰＯ
₄ からなる非線形光学素子２４などからなる光共振器２
５とで構成されている。レーザ媒質２３のレターデーシ
ョンによる位相差Ｄが、ｎπ±π／２０（ｎは整数）の
範囲内に設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光記録、通信、計測な
どの分野で、光源として使用される固体レーザ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図６（ａ）は、従来の固体レーザ装置の
一例を示す構成図である。この固体レーザ装置は、レー
ザ媒質６２を励起するためのポンピング光６６を放射す
る光源６０と、ポンピング光６６を集束するレンズ系６
１と、レーザ媒質６２、非線形光学素子６３および凹面
ミラー６４などから成る光共振器６５などが、光軸６８
上に配置されて構成されている。以下、レーザ媒質６２
が正の１軸性結晶であるＮｄが１％程度ドープされたＮ
ｄ：ＹＶＯ₄ で形成され、非線形光学素子６３が正の２
軸性結晶であるＫＴｉＯＰＯ₄ で形成されており、光源
６０として発振波長が８０９ｎｍの半導体レーザが使用
される例を用いて説明する。

【０００３】光源６０から放射されたポンピング光６６
がレンズ系６１によって集束されて、レーザ媒質６２に
入射すると、レーザ媒質６２中に反転分布が形成され、
Ｎｄ：ＹＶＯ₄ 結晶の場合、波長１０６４ｎｍの光増幅
が可能となる。レーザ媒質６２の表面６２ａにはポンピ
ング光６６である波長８０９ｎｍに対して透過率が高
く、かつ波長１０６４ｎｍに対して反射率が高いコーテ
ィングが施され、一方、凹面ミラー６４の表面６４ａに
は波長５３２ｎｍに対して透過率が高く、かつ波長１０
６４ｎｍに対して反射率が高いコーティングが施されて
おり、これら２つの表面６２ａ，６４ａによって波長１
０６４ｎｍに対する光共振器が形成される。

【０００４】レーザ媒質６２による光増幅作用によって
発振した波長１０６４ｎｍのレーザ光は、非線形光学素
子６３を通過することによって、第２高調波である波長
５３２ｎｍに変換され出力光６７が得られる。なお、非
線形光学素子６３の表面６３ａ、６３ｂは波長１０６４
ｎｍおよび波長５３２ｎｍに対して透過率が高いコーテ
ィングが施され、レーザ媒質６２の表面６２ｂには波長
１０６４ｎｍに対して透過率が高いコーティングが施さ
れる。

【０００５】図６（ｂ）は、図６（ａ）に示したレーザ
媒質６２と非線形光学素子６３の偏光軸の配置を示す部
分斜視図である。レーザ媒質６２であるＮｄ：ＹＶＯ₄
結晶は正の１軸性結晶であって、主屈折率ｎｃが他の２
つの主屈折率ｎａより大きく、かつ発振容易軸であるｃ
軸が、光軸６８に対して垂直上方に向き、主屈折率ｎａ
のａ軸が光軸６８に一致するように配置されている。

【０００６】一方、非線形光学素子６３であるＫＴｉＯ
ＰＯ₄ 結晶は正の２軸性結晶であって、図６（ｃ）に示
すように、屈折率楕円体の主屈折率がｎｘ＜ｎｙ＜ｎｚ
となるようｘ，ｙ，ｚ軸を選ぶと、ｚ軸とｙ′軸のなす
角度θ＝９０°、ｙ軸とｙ′軸のなす角度φ＝２１．３
°の方向に傾いたｚ−ｙ′平面に平行に切出されている
（J．Q．Yao and Theodore S．Fahlen、J．Appl．Phy
s．vol55(1)，65(1984年））。したがって、その偏光軸
はｚ軸とｙ′軸となって、図６（ｂ）に示すように、
ｘ′軸が光軸６８と一致し、かつｚ軸はレーザ媒質６２
のｃ軸に対して光軸６８方向から見てα＝４５°の角度
で傾いて配置される。

【０００７】この固体レーザ装置では、光共振器内部に
閉じ込められる波長１０６４ｎｍのレーザ光が非線形光
学素子６３において、ｚ軸方向に直線偏光した基本波、
およびｙ′軸方向に直線偏光した基本波の存在によって
第２高調波が発生する、いわゆるタイプＩＩの位相整合
条件で高調波変換されることによって、波長５３２ｎｍ
のコヒーレント光として凹面ミラー６４を通して出力光
６７が外部へ放射される。

【０００８】ここで、非線形光学素子６３は、特定の縦
モード（以下、基本モードという）の波長に対して片道
のレターデーションによる位相差がｍπ（ただし、ｍは
整数）となるように調整されているため、レーザ媒質６
２内での基本モードの偏光状態は、発振容易軸であるｃ
軸と平行な直線偏光に保たれる。一般には、レーザ媒質
６２の利得のピーク波長付近の縦モードを基本モードと
して選択する。非線形光学素子６３のレターデーション
は波長に依存して変化するので、基本モード以外の縦モ
ードの偏光方向はｃ軸と平行にはならない。この結果、
基本モードとそれ以外の縦モードとの間にレーザ利得の
差別化が図られ、基本モードのみの単一縦モードで発振
することが期待される。このように、非線形光学素子６
３をいわゆる複屈折フィルターとして利用することによ
り、固体レーザ装置を基本モードのみの単一縦モードで
発振させ、出力を安定化させることが試みられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体レーザ装置では、光共振器６５において隣接する縦
モード間の、利得の差別化が不十分である。このため利
得が最大の縦モードでレーザ発振が生ずる場合でも高調
波変換損失等が要因となって、利得が最大でないたとえ
ば隣接する縦モードにおいてもレーザ発振が可能となる
ことがある。この結果、発振可能な縦モード間で発振モ
ードが時間経過とともに変化する、いわゆるモードホッ
プ現象が生じ、出力光６７の強度が著しく不安定とな
る、という課題がある。

【００１０】本発明の目的は、上述の課題を解決するた
め、基本モード以外の縦モードのレーザ利得を十分小さ
くすることによってモードホップ現象を抑制して、極め
て安定な出力光を得ることができる固体レーザ装置を提
供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、複屈折性およ
びレーザ利得の偏光依存性を持つレーザ媒質、ならびに
複屈折光学素子を含む光共振器と、前記レーザ媒質を励
起するための半導体レーザとを備える固体レーザ装置に
おいて、当該レーザ共振器の発振波長において、前記レ
ーザ媒質の片道レターデーションにより前記レーザ媒質
の偏光軸を偏光方向とする２偏光成分の間に生ずる位相
差Ｄが、ｎπ−π／２０≦Ｄ（ｒａｄ）≦ｎπ＋π／２０（ただ
し、ｎは整数）の条件を具備することを特徴とする固体レーザ装置であ
る。

【００１２】また本発明においては、前記レーザ媒質
が、Ｎｄ：ＹＶＯ₄ またはＮｄ：ＬｉＹＦ₄であること
が好ましい。

【００１３】さらに本発明においては、前記複屈折光学
素子が非線形光学素子であり、かつ当該非線形光学素子
で前記レーザ媒質によって発振するレーザ光の波長を変
換することが好ましい。

【００１４】さらに本発明においては、前記非線形光学
素子が、ＫＴｉＯＰＯ₄ であることが好ましい。

【００１５】

【作用】本発明に従えば、レーザ共振器の発振波長にお
いて、レーザ媒質の片道レターデーションによりレーザ
媒質中の２偏光成分の間に生ずる位相差Ｄが、ｎπ−π
／２０≦Ｄ≦ｎπ＋π／２０（ただし、ｎは整数）の条
件を具備することによって、基本モード以外の縦モード
の利得が大きく減少して、基本モードの差別化を大きく
することができる。

【００１６】図１は、本発明の固体レーザ装置に適用可
能なレーザ共振器の一例を示す斜視図である。このレー
ザ共振器は、レーザ媒質１と、複屈折光学素子２と、反
射鏡３とで構成されており、レーザ媒質１の表面１ａお
よび反射鏡３の表面にレーザ媒質１の発振波長において
高反射率となるコーティングが施されている。なお、レ
ーザ媒質１の冷却および温度調整によるレターデーショ
ンの制御のため、ならびに複屈折光学素子２の温度調整
によるレターデーションの制御のために、ペルチェ素子
などの温度制御装置４，５がそれぞれ設けられている。

【００１７】レーザ媒質１は、発振容易軸をａ軸とする
レーザ利得の偏光依存性を有し、かつ光軸６に対して直
交２方向に偏光軸ａ，ｂを持つ複屈折性を有する。ここ
で、偏光軸ａ，ｂの屈折率をそれぞれｎａ，ｎｂとする
と、ｎａ＜ｎｂである。

【００１８】複屈折光学素子２は、光軸６に対して直交
２方向に偏光軸ｃ，ｄを持つ複屈折性を有し、それぞれ
の屈折率をｎｃ，ｎｄとすると、ｎｃ＜ｎｄである。こ
のｃ軸が、レーザ媒質１のａ軸に対して角度α、たとえ
ばα＝４５゜で傾いて配置されている。

【００１９】このようなレーザ共振器において、複屈折
光学素子２のレターデーションを、たとえば温度制御手
段５の温度調整によって制御して、ある特定の発振モー
ド（以下、基本モードという）の波長λ０において生ず
る位相差をｎπに設定することによって、基本モードの
差別化を図ることができる。

【００２０】このときのレーザ媒質１のレターデーショ
ンの影響について検討するため、レーザ媒質１のレター
デーションにより生ずる位相差をδ１、複屈折光学素子
２のレターデーションによる位相差をδ２、としてジョ
ーンズマトリクスによる偏光解析を行う。

【００２１】図１に示したレーザ共振器において、レー
ザ媒質１の表面１ａを基準として、ここからレーザ共振
器内を往復する光のジョーンズマトリクスＭは、次の式
（１）で表される。

【００２２】

【数１】

【００２３】ここで、Ｃ（δ１，０）はレーザ媒質１で
生ずる位相の変化であり、Ｃ（δ２，０）は複屈折光学
素子２で生ずる位相の変化であり、Ｒ（α）は角度αの
回転による座標変換を示し、各マトリクスの内容は次の
式（２）〜（５）で示される。

【００２４】

【数２】

【００２５】ここで、δ１はレーザ媒質１の片道レター
デーションで生ずる位相差であり、δ２は複屈折光学素
子２の片道レターデーションで生ずる位相差であり、α
はレーザ媒質１の偏光軸αと複屈折光学素子２の偏光軸
ｃとのなす角度であって、図１の構成ではα＝４５゜と
なる。

【００２６】次に、ジョーンズマトリクスＭを求めるた
めに、式（１）に式（２）〜（５）を代入する。

【００２７】

【数３】

【００２８】次に、図１のレーザ共振器中でレーザ発振
可能な偏光モードを求める。レーザ媒質１の表面１ａに
おいてレーザモードとして成立し得る電界ベクトルＥ
は、ジョーンズマトリクスＭの固有ベクトルとなる。す
なわち

【００２９】

【数４】

【００３０】ここで、ｍ１１，ｍ１２，ｍ２１，ｍ２２
はジョーンズマトリクスＭの各成分であり、λはＭの固
有値であり、Ｅａ，Ｅｂはそれぞれ電界ベクトルＥのａ
軸成分およびｂ軸成分である。

【００３１】したがってレーザ媒質１の表面１ａにおい
て、レーザモードの電界ベクトルＥとａ軸とのなす角、
すなわちレーザモードの偏光方向７とａ軸とのなす角θ
１ａは、次式（８）で与えられる（ただし、端面１ａ側
から見て、反時計まわり方向を正とする。）。

【００３２】

【数５】

【００３３】となる。なお、Ｒｅ（ｍ１１）はｍ１１の
実数部を表し、Ｉｍ（ｍ１１）はｍ１１の虚数部を表
す。

【００３４】得られた式（１０）を用いて、δ１をパラ
メータとして固定し、δ２に対するθ１ａの変化を計算
した結果を、図２のグラフに示す。

【００３５】図２は、レーザ媒質１の表面１ａにおける
レーザモードの偏光方向を計算した結果を示すグラフで
ある。なお、偏光状態を（ａ）δ１＝ｎπ＋π／９０の
とき、（ｂ）δ１＝ｎπ＋π／２０のとき、（ｃ）δ１
＝ｎπ＋π／２のとき、の場合に分けて図示している
（ただし、ｎは整数）。

【００３６】図２中、横軸はδ２、縦軸は表面１ａにお
けるレーザモードの偏光方向とレーザ媒質１の発振容易
軸ａとがなす角θ１ａである。ジョーンズマトリクスに
よる偏光解析は、一般に２つの解を持つため、位相差δ
２に対して２つのθ１ａが得られるが、このうちθ１ａ
が０に近い側の実線カーブにおける偏光が、大きなレー
ザ利得を有することになり、発振し易いことになる。こ
れに対して、ｂ軸が発振容易軸である場合には、θ１ａ
がπ／２あるいは−π／２に近い破線カーブ側の偏光が
発振し易くなる。ここで実線と破線で示される偏光方向
の差は常にπ／２である。したがってｂ軸が発振容易軸
である場合のレーザモードの偏光方向と発振容易軸との
関係は、ａ軸が発振容易軸である場合と同様になる。

【００３７】図３は、図２の横軸δ２を波長λに換算し
たグラフである。図３中、（ａ）（ｂ）および（ｃ）で
示すカーブは、それぞれδ１がｎπ＋π／９０、ｎπ＋
π／２０，およびｎπ＋π／２のときに対応している。

【００３８】δ２と波長λとの関係は、 δ２＝２π・Δｎ・Ｌ／λ …（11）で表される。ここでΔｎは非線形光学素子２の偏光軸ｃ
とｄとの屈折率の差、Ｌは非線形光学素子２の結晶長で
ある。

【００３９】式（１１）の微分からλに対するδ２の変
化は、ｄδ２＝−２π・Δｎ・Ｌ／λ²×ｄλ …（12）で与えられる。

【００４０】レーザの発振波長域程度の比較的狭い波長
範囲ではλ²およびΔｎの変化は無視できるので、ｄδ
２はｄλに比例すると考えてよい。したがって、位相差
δ２は波長λに対して直線的に変化し、図３のカーブの
形状は左右反転するだけで図２とほぼ同様になる。ただ
し、図３のグラフにおいては、図２の各グラフに示した
２つのカーブのうち、より発振し易い側の実線カーブの
みを変換して示している。レーザ共振器の縦モードは、
共振器長によって定まる波長間隔Δλごとに存在してい
る。このうちのある特定の縦モード（基本モード）の波
長において、位相差δ２＝ｍπとなり、偏光方向θ１ａ
は０となる。この波長をλ０とすると、各縦モードの波
長はλ０＋ｋ・Δλ（ただし、ｋは整数）となる。図３
中の縦点線が、これらの共振器縦モードを表している。

【００４１】ここで、基本モード（波長λ０）およびそ
れに隣接する縦モード（波長λ０＋Δλ、λ０−Δλ）
の偏光方向θ１ａを、図３の白丸で示される点から読み
取り図４に示す。図４（ａ）、図４（ｂ）および図４
（ｃ）は、それぞれ位相差δ１がｎπ＋π／９０、ｎπ
＋π／２０およびｎπ＋π／２の状態に対応した偏光状
態を示す模式図である。ａおよびｂはレーザ媒質１の偏
光軸を表し、太線矢印は、それぞれの縦モードの偏光方
向を表す。レーザ媒質１の発振容易軸ａのレーザ利得を
利用して、各隣接縦モードが発振する場合、そのレーザ
利得は、その偏光軸ａ上への方向余弦ｃｏｓθａ１にほ
ぼ比例する。図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）のい
ずれの場合でも、基本モード波長λ０において、その偏
光方向がａ軸に一致し最大利得が得られるが、これに隣
接する縦モード（波長λ０＋Δλ、λ０−Δλ）の偏光
方向は各偏光状態（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において大き
く異なり、レーザ媒質１のレターデーションにより生ず
る位相差δ１の影響を強く受ける。たとえば図４（ｃ）
のような偏光状態では、基本モードとその隣接縦モード
との間での偏光方向の差が小さく、レーザ利得の差別化
が困難である。これに対して図４（ａ）のように、位相
差δ１がｎπに近いときほど、基本モードとその隣接縦
モードとの間での偏光方向の差が大きく、レーザ利得の
差別化が容易になる。

【００４２】前述した偏光状態（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
以外の場合についても同様な偏光解析を行ったところ、
ｎπ−π／２＜δ１＜ｎπ＋π／２の範囲内では、位相
差δ１がｎπに近づくにつれて、隣接縦モードのθ１ａ
の絶対値│θ１ａ│が連続的かつ単調に増加する傾向に
ある。したがってこの範囲内では常に、位相差δ１がｎ
πに近いときほど大きな縦モード弁別効果が得られ、単
一縦モード化による出力の安定化が容易になる。

【００４３】さらに図３のカーブの形状から、縦モード
間隔であるΔλの値が変化しても、位相差δ１がｎπに
近いときほど大きな縦モード弁別効果が得られることが
理解される。

【００４４】以上述べたような原理において、縦モード
に対応する偏光状態の差別化およびそれにともなうレー
ザ利得の差別化は、図１に示される様な共振器構造のレ
ーザ装置に限定されず、一般に、複屈折性を示しかつレ
ーザ利得の偏光依存性をもつレーザ媒質と、複屈折光学
素子とを備えるレーザ共振器において実現可能である。
すなわち、このようなレーザ装置において、レーザ媒質
のレターデーションによって生ずる位相差をｎπに近づ
けることによって、より大きな縦モード弁別効果が得ら
れ、出力の安定化が可能となる。

【００４５】さらに、レーザ媒質として、Ｎｄが１％程
度ドープされたＮｄ：ＹＶＯ₄ またはＮｄ：ＬｉＹＦ₄
を用いることによって、レーザ利得の差別化による基本
モードの出力安定化を効果的に行うことが出来る。すな
わち、Ｎｄ：ＹＶＯ₄ およびＮｄ：ＬｉＹＦ₄ は、レー
ザ利得の強い偏光依存性を有すとともに複屈折性を持つ
ため、上述のような原理によって出力の安定化を図るこ
とが可能な固体レーザ装置において好適である。

【００４６】また、複屈折光学素子が非線形光学素子で
あり、出力が安定化されたレーザ光の波長をこれによっ
て変換することにより、出力が安定化された第二高調波
を得ることが出来る。

【００４７】さらに、非線形光学素子として、ＫＴｉＯ
ＰＯ₄ を用いることによって、上述のような原理での出
力安定化に有利な共鳴器配置となるｔｙｐｅＩＩの位相
整合で、効率良く波長変換を行うことができる。

【００４８】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。

【００４９】（実施例１）図５（ａ）は、本発明の一実
施例である固体レーザ装置を示す構成図である。この固
体レーザ装置は、レーザ媒質２３を励起するためのポン
ピング光２６を放射する半導体レーザ（ＳＯＮＹ社製Ｓ
ＬＤ３０３ＷＴ−２５）２０と、ポンピング光２６を集
光するレンズ系２１ａ、２１ｂ（ニューポート社製Ｆ−
Ｌ１０Ｂ）と、凹面ミラー２２、Ｎｄが１％程度ドープ
されたＮｄ：ＹＶＯ₄ からなるレーザ媒質２３およびＫ
ＴｉＯＰＯ₄ からなる非線形光学素子２４で構成された
光共振器２５等から構成されている。凹面ミラー２２の
曲面２２ｂの曲率半径は１５ｍｍであり、これと非線形
光学素子２４の表面２４ｂとを両端面とする光共振器２
５の共振器長は約７.５ｍｍに設定される。また、レー
ザ媒質２３および非線形光学素子２４の結晶長は、それ
ぞれ０.５ｍｍおよび５ｍｍである。レーザ媒質２３の
表面２３ｂと非線形光学素子２４の表面２４ａとの間に
は約１ｍｍの空隙がある。レーザ媒質２３および非線形
光学素子２４は、それぞれペルチェ素子などの温度制御
装置２９，３０によって、精密に温度調節することが可
能である。

【００５０】凹面ミラー２２の平面２２ａにはポンピン
グ光２６の波長８０９ｎｍに対して透過率が９５％以上
になるコーティングが施されている。一方、凹面ミラー
２２の曲面２２ｂにはポンピング光２６の波長８０９ｎ
ｍに対して透過率が９５％以上であり、かつレーザ媒質
２３の発振波長である波長１０６４ｎｍに対して反射率
が９９．９％以上となるコーティングが施されている。
レーザ媒質２３の表面２３ａおよび２３ｂには波長１０
６４ｎｍに対して透過率が９９.９％以上となるコーテ
ィングが施されている。非線形光学素子２４の表面２４
ａには、波長１０６４ｎｍに対して透過率が９９.９％
以上となるコーティングが施されている。非線形光学素
子２４のもう一方の表面２４ｂには、波長１０６４ｎｍ
に対して反射率が９９. ９％以上となり、かつ第二高調
波の波長である波長５３２ｎｍに対して透過率が９５％
以上となるコーティングが施されている。

【００５１】レーザ媒質２３および非線形光学素子２４
の偏光軸の配置および非線形光学素子２４のカット方向
は、従来と同様であり、図５（ｂ）で示すように、レー
ザ媒質２３であるＮｄ：ＹＶＯ₄結晶は正の１軸性結晶
であって、主屈折率ｎｃが他の２つの主屈折率ｎａより
大きく、かつ発振容易軸であるｃ軸が、光軸２８に対し
て垂直上方に向き、主屈折率ｎａのａ軸が光軸２８に一
致するように配置されている。

【００５２】一方、非線形光学素子２４であるＫＴｉＯ
ＰＯ₄結晶は、正の２軸性結晶であって、図５（ｃ）に
示すように、屈折率楕円体の主屈折率がｎｘ＜ｎｙ＜ｎ
ｚとなるようにｘ，ｙ，ｚ軸を選ぶと、ｚ軸とｙ軸のな
す角度θ＝９０゜、ｙ軸とｙ′軸のなす角度φ＝２１．
３゜の方向に傾いたｚ，ｙ′平面に平行に切り出されて
いる。したがって、その偏光軸はｚ軸とｙ′軸とになっ
て、図５（ｂ）に示すように、ｘ′軸が光軸２８と一致
し、かつｚ軸はレーザ媒質２３のｃ軸に対して光軸２８
の方向から見てα＝４５゜の角度で傾いて配置される。

【００５３】半導体レーザ２０から放射されるポンピン
グ光２６はレンズ系２１ａ、２１ｂによって集束され、
凹面ミラー２２を通過してレーザ媒質２３に入射する。
この結果レーザ媒質２３中に反転分布が形成され、波長
１０６４ｎｍの発振が起こる。レーザ光が非線形光学素
子２４を通過することによって、第二高調波である波長
５３２ｎｍに変換された出力光２７が得られる。

【００５４】非線形光学素子２４（厚さ５ｍｍ）である
ＫＴｉＯＰＯ₄ 結晶のレターデーションによって生ずる
位相差δKTは、温度変化に対して、−６．３×１０^-2×
π（ｒａｄ／℃）の割合で変化する。したがって、温度
制御装置３０によって非線形光学素子２４の温度を１６
℃程度の範囲で制御することによって、約π（ｒａｄ）
の範囲で調整可能となるため、任意の縦モード波長にお
いて片道レターデーションによる位相差δKTをｍπ（た
だし、ｍは整数）とする事が可能である。

【００５５】一方、レーザ媒質２３（厚さ０．５ｍｍ）
であるＹＶＯ₄結晶のレターデーションによる位相差δY
Vについては、その温度変化率が５．６×１０^-3×π
（ｒａｄ／℃）という小さい値であるため、温度調整に
よって大きな調整範囲を得ることが困難である。

【００５６】そこで、レーザ媒質２３における位相差δ
YVを調整するために、同一ブールから切り出された２個
のＹＶＯ₄ 単結晶２３−１および２３−２を用意して、
δYVの変化の影響を調べた。マイクロメータによる測定
の結果、両者の結晶厚の差は２０μｍ以下であった。ま
た、両者に施された高反射および無反射コーティングは
すべて同一のバッチで行われたため、その反射特性およ
び透過特性には大差が無かった。

【００５７】ＹＶＯ₄結晶２３−１および２３−２のレ
ターデーションによって生ずる位相差δYVは、予めセナ
ルモン法によって測定した。その際、光源として半導体
レーザ励起により、Ｎｄ：ＹＶＯ₄のレーザ利得のピー
ク波長で発振しているＮｄ：ＹＶＯ₄レーザを用い、Ｙ
ＶＯ₄結晶の温度を変化させて数点の温度で測定し、２
５℃における位相差δYVを内挿によって求めた。その結
果、結晶２３−１および２３−２のＹＶＯ₄ のレーザ利
得のピーク波長における位相差δYVは、それぞれｎπ−
π／３およびｎπ−π／２０と測定された。

【００５８】次に、これらの結晶２３−１，２３−２を
用いてレーザ共振器を構成し、非線形光学素子２４の温
度調節によって、ＹＶＯ₄結晶のレーザ利得のピーク波
長に最も近い縦モード波長において、非線形光学素子２
４における位相差δKT＝ｍπと調整し、レーザ媒質２３
としてＹＶＯ₄結晶２３−１を用いた場合および２３−
２を用いた場合の基本波スペクトルを分光器で観測し
た。いずれの場合にも、レーザ媒質２３の温度は温度制
御装置２９によって２５℃に保たれていた。

【００５９】その結果、レーザ媒質２３として、位相差
δYV＝ｎπ−π／３であるＹＶＯ_４結晶２３−１を用い
た場合には、基本波スペクトルは多モードとなった。そ
のため、モードホッピング現象が起こり、基本波および
第二高調波の出力は不安定なものとなった。一方、レー
ザ媒質２３として、位相差δＹＶ＝ｎπ−π／２０であ
るＹＶＯ4 結晶２３−２を用いた場合には、基本波スペ
クトルは単一縦モードとなった。そのため、モードホッ
ピング現象は抑制され、基本波および第二高調波の出力
は極めて安定であった。

【００６０】このように、レーザ媒質２３の結晶厚を調
整して、位相差δYVがπの整数倍に近いＹＶＯ₄結晶を
レーザ媒質として使用することによって、単一縦モード
化による出力安定化が実現される。しかも、ジョーンズ
マトリクスによる偏光解析の結果から、位相差δYVがｎ
πに近いときほど単一縦モード化が容易なので、単一縦
モード化による出力の安定化を図るには、ｎπ−π／２
０≦δYV≦ｎπ＋π／２０とすることが望ましい。な
お、切り出された結晶における位相差δYVが、この条件
を満足しないときは、研磨やエッチングなどの加工を用
いて所定の結晶厚に仕上げることによって、この条件を
満たすことができる。

【００６１】以上の実施例において、レーザ媒質２３に
おける位相差δYVを制御する方法として、結晶厚を調整
する方法を説明したが、（１）レーザ媒質２３として温
度変化率が大きい結晶を使用することによって、温度調
整によって位相差δYVを制御する方法、（２）レーザ媒
質２３の発振容易軸ｃを中心として、レーザ媒質２３を
わずかに角変位させることによって、２つの偏光成分に
対する光路長を変化させて、位相差δYVを制御する方
法、（３）レーザ媒質２３として圧力または電場によっ
て複屈折率が変化する材料を用いて、光軸２８に対して
垂直方向に、所定の圧力または電場を印加することによ
って、位相差δYVを制御する方法、などの位相差制御方
法を単独でまたは併用して適用することができる。

【００６２】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、レ
ーザ利得の偏光依存性及び複屈折性を示すレーザ媒質の
レターデーションを調節することによって、基本モード
以外の縦モードのレーザ利得が十分に低減され、他の縦
モードへのモードホッピング現象が抑制されるため、出
力変動が少ない極めて安定した出力を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体レーザ装置に適用可能なレーザ共
振器の一例を示す斜視図である。

【図２】図１に示すレーザ共振器中のレーザ媒質１の表
面１ａにおけるレーザモードの偏光方向θ１ａを、複屈
折光学素子２のレターデーションによって生ずる位相差
δ２に対して示したグラフである。

【図３】図１に示すレーザ共振器中のレーザ媒質１の表
面１ａにおけるレーザモードの偏光方向θ１ａを、レー
ザモードの波長λに対して示したグラフである。

【図４】図１に示すレーザ共振器における、基本モード
およびそれに隣接する縦モードの偏光方向を示した模式
図である。

【図５】図５（ａ）は本発明の一実施例である固体レー
ザ装置を示す構成図であり、図５（ｂ）はレーザ媒質２
３と非線形光学素子２４の偏光軸の配置を示す部分斜視
図であり、図５（ｃ）は非線形光学素子２４のカット方
向を説明する座標系である。

【図６】図６（ａ）は従来の固体レーザ装置の一例を示
す構成であり、図６（ｂ）はレーザ媒質６２と非線形光
学素子６３の偏光軸の配置を示す部分斜視図であり、図
６（ｃ）は非線形光学素子６３のカット方向を説明する
座標系である。

【符号の説明】

１，２３レーザ媒質２複屈折光学素子３反射鏡４，５，２９，３０温度制御装置６，２８光軸７レーザモードの偏光方向２０半導体レーザ２１ａ，２１ｂレンズ系２２凹面ミラー２４非線形光学素子２５光共振器２６ポンピング光２７出力光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複屈折性およびレーザ利得の偏光依存性
を持つレーザ媒質、ならびに複屈折光学素子を含む光共
振器と、前記レーザ媒質を励起するための半導体レーザとを備え
る固体レーザ装置において、当該レーザ共振器の発振波長において、前記レーザ媒質
の片道レターデーションにより前記レーザ媒質の偏光軸
を偏光方向とする２偏光成分の間に生ずる位相差Ｄが、ｎπ−π／２０≦Ｄ（ｒａｄ）≦ｎπ＋π／２０（ただ
し、ｎは整数）の条件を具備することを特徴とする固体レーザ装置。
【請求項２】前記レーザ媒質が、Ｎｄ：ＹＶＯ₄また
はＮｄ：ＬｉＹＦ₄であることを特徴とする請求項１に
記載の固体レーザ装置。
【請求項３】前記複屈折光学素子が非線形光学素子で
あり、かつ当該非線形光学素子で前記レーザ媒質によっ
て発振するレーザ光の波長を変換することを特徴とする
請求項１または２に記載の固体レーザ装置。
【請求項４】前記非線形光学素子が、ＫＴｉＯＰＯ₄
であることを特徴とする請求項３に記載の固体レーザ装
置。